1.力的合成
等效替代是用一个力(合力)产生与多个力(分力)共同作用相同的效果。 力的合成必须遵循物体的同一性和力的同时性。
(1) 合力和分力:
如果一个力所产生的效果与几个力共同作用所产生的效果相同,则该力称为这些力的合力,这些力称为该力的分力。
合力与分力的关系是等价替代关系,即如果将一个力分解为两个分力,并且在分析计算时考虑两个分力的作用,则该力的作用不能考虑武力; 反之,如果考虑合力的影响,则不能重复考虑各分力的影响。
(2)公共点力:
一个物体同时受到多种力的作用。 如果这些力的作用线相交于一点,则这些力称为共点力。
如图(a)所示,它是一根金属棒,放置在光滑的半球形碗中。 杆受到三个力的作用:重力以及 A 点和 B 点的支撑力; 作用线N1穿过球心,作用线N2垂直于杆。 当杆在作用线共面的三个非平行力的作用下达到平衡时,壁弹性和悬挂张力,由于球是光滑的,它们的作用线必须经过球的中心。
(3)力的合成规则:
①平行四边形法则:求公共点力F1和F2的合力,可以以代表F1和F2的线段为邻边作平行四边形,其对角线代表合力的大小和方向,如图所示在图a中。
②三角形法则:求F1和F2的合力,可以将代表F1和F2的有向线段首尾相连。 从F1的起点到F2的终点的有向线段代表合力F的大小和方向,如图b所示。
2.合力的计算
(1)合力的大小:若两公共点力F1、F2夹角为θ,根据余弦定理,合力的大小为: 。
合力的范围为:|F1-F2|≤F≤F1+F2,
还可以看出,合力可以大于分力,可以小于分力,或者可以等于分力。 (合力与分力的关系是平行四边形的对角线与邻边的关系;对角线可以大于邻边力的分解教案,可以小于邻边,也可以等于邻边;关系合力与分力之间也可以看作是三角形三边之间的关系,任意两条边之和大于第三条边,任意两条边之差小于第三条边边。)
(3)同一条直线上的矢量运算:当多个力在一条直线上时,首先选择直线上的正方向,同一方向的力取正值力的分解教案,否则取负值,然后进行代数运算求出合力。 此时“+”或“-”仅代表方向,不代表大小。
(4)同一根轻绳各处的张力相等。 另外,当两个相等的力之间的角度为1200时,合力等于两个分力。
3、力的分解
(1)分解某个力时,应根据该力所产生的实际效果或根据问题的需要来分解。
(2) 确定解存在条件:
① 已知合力和两个分力的方向,求两个分力的大小。 (有独特的解决方案)
②已知合力和一个分力的大小和方向,求另一分力的大小和方向。 (有一套解法或者有两套解法)
③已知合力、一个分力F1的大小和另一分力F2的方向,求F1的方向和F2的大小。 (有两个或唯一的解决方案)
(3)力的正交分解:将已知的力分解为两个相互垂直的方向的方法。 利用力的正交分解方法可以求出几个已知公共点力的合力,可以将不同方向的矢量运算简化为同一条直线上的矢量运算。
力分解的关键是根据力的作用画出力的平行四边形,然后将其转化为根据边和角之间的关系可以求解的几何问题。
4.处理力的合成与分解问题的方法
① 力的图形表示法:根据力的图形表示法,画一个平行四边形,然后测量对角线的长度,求出方向。
② 代数计算方法:根据正弦或余弦定律求解三角形。
③正交分解法:先将各力沿相互垂直的方向分解,然后求各方向的合力,然后综合。
④多边形法:依次连接每个力的端点,从第一个力的起点到最后一个力的终点的有向线段代表合力的大小和方向。
练习题
[例2] 分解力。 如果一个分量的大小和另一个分量的方向已知,则以下正确的是( )
A. 只有一种解 B. 必须有两种解
C。 可能有无数组解 D.可能有两个解